车用生物燃料制备原理与关键技术

本书从车用生物燃料制备的生态产业链出发，系统介绍了车用生物燃料制备的原理、转化工艺，典型工程案例及其技术、经济分析，同时也从微观角度详细阐述了转化过程涉及的生化反应机理，力求集宏观与微观、技术与工程、单元与系统于一体，融合生物、环境、化学、能源、管理等多学科，理论与实践知识并重。 本书内容既强调车用生物燃料转化理论的基础性，又注重转化过程工艺的实用性及其研究开发的新颖性，具有较强的针对性和实践性，可供从事生物能源研发及制备等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校生物工程、化学工程、能源工程、环境工程、资源循环科学与工程及相关专业师生参阅。

屈凌波，郑州大学，教授，副校长，目前主要从事车用生物燃料制备技术研发、食品药品安全检测和评价等研究工作，主持完成项目20余项，获河南省科技进步一等奖、二等奖4项，申请发明专利40余项，发表学术论文300余篇。兼任中国粮油学会营养分会副会长、河南省生物工程学会会长等职务。入选国务院特殊津贴专家、河南省优秀专家。

第1章概论001 1.1车用生物燃料分类001 1.1.1车用生物燃料分类方法002 1.1.2常见生物燃料008 1.2发展车用生物燃料的意义012 1.3国内外车用生物燃料产业、技术推广政策014 1.3.1国内外车用气体生物燃料产业、技术推广政策014 1.3.2国内外车用液体生物燃料产业、技术推广政策017 1.4国内外车用气体生物燃料产业、技术现状及发展趋势025 1.5国内外车用液体生物燃料产业、技术现状及发展趋势027 参考文献029 第2章车用生物燃料生产原料030 2.1车用气体生物燃料生产原料030 2.1.1车用气体生物燃料分类031 2.1.2氢能生产原料031 2.1.3车用生物燃气生产原料032 2.2车用液体生物燃料生产原料037 2.2.1车用液体生物燃料分类037 2.2.2淀粉质原料039 2.2.3糖质原料051 2.2.4纤维质原料056 2.2.5生物柴油生产原料058 参考文献064 第3章生物制氢技术066 3.1氢能源特点066 3.2生物质发酵制氢类型及机理067 3.2.1生物制氢方法067 3.2.2生物制氢机理068 3.3生物制氢技术研究现状070 3.3.1生物制氢技术国外研究现状070 3.3.2生物制氢技术国内研究现状071 3.3.3暗发酵法生物制氢的研究现状072 3.4生物质发酵制氢技术原料和主流技术路线075 3.4.1生物质发酵制氢技术的原料研究现状075 3.4.2不同生物质作为原料发酵制氢075 3.4.3生物质发酵制氢技术的原料077 3.4.4生物质发酵制氢技术路线077 3.5生物质发酵制氢技术经济性分析081 3.5.1生物质发酵制氢流程经济性081 3.5.2生物质发酵制氢技术原料经济性081 3.5.3生物质发酵制氢过程参数083 3.5.4生物质发酵制氢过程基本流程及消耗083 3.5.5MEC工厂流程及消耗089 3.5.6生物制氢工厂投资预算090 3.6光生物制氢技术经济性分析093 3.6.1光生物制氢技术及其机理093 3.6.2光生物制氢研究现状094 3.6.3发酵法生物制氢技术与光合法生物制氢技术的比较095 3.6.4光生物制氢技术经济性096 参考文献101 第4章生物燃气制备技术104 4.1生物燃气制备生化途径104 4.1.1生物燃气制备的生化历程104 4.1.2生物燃气厌氧发酵微生物107 4.2生物燃气制备工艺110 4.2.1原料预处理工艺110 4.2.2厌氧发酵工艺114 4.3生物燃气利用模式122 4.3.1生物燃气简单利用模式122 4.3.2生物燃气发电提质利用模式122 4.3.3生物燃气车用燃料利用模式123 4.3.4生物燃气燃料电池利用模式125 4.3.5生物燃气其他利用模式125 4.4生物燃气发酵剩余物利用模式126 4.4.1厌氧发酵剩余物的特性与质量标准126 4.4.2发酵剩余物利用技术128 4.4.3发酵剩余物利用模式129 4.5国外生物燃气产业化典型案例133 4.5.1混合中温厌氧发酵案例——瑞典Vsteras沼气厂133 4.5.2混合高温厌氧发酵案例——德国Behringen沼气厂134 4.5.3厌氧干发酵沼气工程案例135 4.6我国生物燃气产业化典型案例及技术经济性分析138 4.6.1北京大兴留民营生物燃气产业化案例138 4.6.2北京德青源生物燃气发电产业化案例140 4.6.3中广核节能产业发展有限公司河北分公司衡水生物天然气产业化项目141 4.6.4河北京安生物燃气发电产业化案例141 4.6.5浙江临安山坞养猪场沼气工程经济效益分析142 4.6.6山东民和牧业3MW热电肥联产沼气工程143 4.7我国生物燃气产业技术现状与发展趋势144 4.7.1我国生物燃气产业政策环境分析144 4.7.2我国生物燃气技术现状145 4.7.3我国生物燃气技术发展趋势147 参考文献148 第5章燃料乙醇制备技术151 5.1乙醇的理化特性与用途151 5.1.1乙醇的理化性质151 5.1.2乙醇的用途152 5.1.3乙醇用作车用燃料的优缺点153 5.2燃料乙醇制备方法153 5.2.1化学合成法154 5.2.2发酵法155 5.3淀粉质原料乙醇制备技术159 5.3.1淀粉质原料预处理技术159 5.3.2淀粉质原料乙醇发酵技术160 5.3.3发酵成熟醪后处理162 5.3.4淀粉质原料乙醇生产典型案例及技术经济性分析162 5.4糖质原料乙醇制备技术164 5.4.1糖质原料预处理技术164 5.4.2糖质乙醇发酵技术165 5.4.3糖质乙醇生产典型案例及技术经济性分析167 5.5纤维素乙醇生产技术168 5.5.1纤维原料预处理168 5.5.2纤维原料酶解糖化170 5.5.3纤维糖发酵利用171 5.5.4纤维素乙醇生产典型案例及技术经济性分析173 5.6合成气发酵制乙醇174 5.6.1合成气发酵制乙醇微生物175 5.6.2合成气发酵制乙醇原理和途径176 5.6.3合成气发酵制乙醇工艺177 5.6.4合成气发酵制乙醇典型案例及技术经济性分析178 5.7我国燃料乙醇产业、技术现状与发展趋势179 5.7.1我国燃料乙醇产业政策环境分析179 5.7.2我国燃料乙醇产业、技术现状180 5.7.3我国燃料乙醇产业、技术发展趋势181 参考文献182 第6章燃料丁醇制备技术185 6.1丁醇的理化特性185 6.2丁醇发酵技术原理186 6.2.1丁醇发酵微生物186 6.2.2丁醇发酵生化历程193 6.2.3丁醇发酵菌株选育195 6.2.4高产和高比例丁醇发酵菌株构建197 6.3丁醇发酵工艺198 6.3.1淀粉和糖基丁醇发酵199 6.3.2纤维素丁醇发酵199 6.3.3合成气丁醇发酵199 6.3.4丁醇发酵主要影响因素200 6.3.5丁醇发酵分离技术200 6.4我国丁醇发酵产业化典型案例及技术经济性分析205 6.4.1我国丁醇发酵产业化典型案例205 6.4.2我国丁醇发酵产业技术经济性分析206 6.5我国丁醇发酵产业、技术现状与发展趋势206 6.5.1我国丁醇发酵产业政策环境分析206 6.5.2我国丁醇发酵产业、技术现状207 6.5.3我国丁醇发酵产业、技术发展趋势207 参考文献209 第7章生物柴油制备技术217 7.1生物柴油理化特性与用途217 7.1.1生物柴油的理化特性217 7.1.2生物柴油的用途220 7.2生物柴油制备方法与原理222 7.2.1化学法222 7.2.2酶法223 7.2.3生物化学耦合法224 7.2.4其他制备新技术225 7.3生物柴油制备工艺与标准227 7.3.1生物柴油生产工艺流程227 7.3.2生物柴油生产催化剂229 7.3.3生物柴油副产品综合利用232 7.3.4生物柴油生产国内外标准236 7.4生物柴油提质制备高附加值产品238 7.4.1脂肪酸甲酯生产润滑油238 7.4.2脂肪酸甲酯生产航空煤油239 7.4.3脂肪酸甲酯生产工业溶剂240 7.4.4脂肪酸甲酯的间接利用240 7.5我国生物柴油产业化典型案例及技术经济性分析241 7.5.1我国生物柴油产业化典型案例241 7.5.2我国生物柴油产业技术经济性分析244 7.6我国生物柴油产业、技术现状与发展趋势245 7.6.1我国生物柴油产业政策环境分析245 7.6.2我国生物柴油产业、技术现状247 7.6.3我国生物柴油产业、技术发展趋势247 参考文献248 第8章其他新型车用燃料制备技术250 8.1生物质热裂解及合成燃料技术250 8.1.1生物质热裂解基本原理250 8.1.2生物质热裂解液化工艺251 8.1.3生物质热裂解合成燃料与产物深加工技术256 8.2合成气制合成油技术257 8.2.1合成气制合成油技术原理257 8.2.2合成气制合成油工艺和催化剂259 8.2.3合成气制合成油典型案例及技术经济性分析262 8.3生物汽油制备技术263 8.3.1生物汽油生产工艺和原理263 8.3.2糖类加氢制备多元醇技术268 8.3.3多元醇制备生物汽油技术269 8.4二甲醚制备技术271 8.4.1二甲醚气化合成工艺271 8.4.2二甲醚气化合成国内外进展273 8.5长链醇生物合成278 8.5.1长链醇理化特性278 8.5.2长链醇生物合成途径278 8.5.3提高长链醇生物合成的方法280 8.5.4展望281 参考文献282 第9章车用生物燃料典型生产设备286 9.1车用气体燃料生产设备286 9.1.1生物沼气典型生产设备286 9.1.2生物燃气储存装置291 9.1.3生物燃气净化提纯技术294 9.1.4生物沼气提纯方法及生产设备297 9.1.5其他车用气体类燃料生产设备303 9.2车用醇类燃料生产设备315 9.2.1车用燃料乙醇典型生产设备315 9.2.2纤维燃料乙醇特殊生产设备326 9.2.3其他车用醇类燃料生产设备331 9.3生物柴油生产设备基础4 9.3.1生物柴油制备反应器334 9.3.2生物柴油典型生产设备336 9.3.3生物柴油特殊生产设备339 9.3.4生物柴油生产设备技术现状与发展趋势342 9.4其他新型车用燃料生产设备基础344 9.4.1生物质热裂解液化主要设备344 9.4.2合成气制合成油主要设备348 9.4.3新型车用燃料生产设备技术现状与发展趋势351 参考文献356 第10章车用生物燃料生产过程模拟359 10.1化工过程模拟359 10.1.1化工过程基本特点与构成359 10.1.2化工数据估算方法与计算机模拟360 10.1.3过程单元物料衡算与计算机模拟367 10.1.4过程单元能量衡算与计算机模拟373 10.1.5过程单元物料衡算与能量衡算联解379 10.2化工模拟软件Aspen Plus在车用生物燃料生产过程中的应用382 10.2.1物性方法383 10.2.2简单单元模拟387 10.2.3流体输送单元模拟390 10.2.4换热器单元模拟392 10.2.5塔单元模拟392 10.2.6反应器单元模拟394 10.2.7过程模拟工具397 10.2.8工艺流程模拟399 参考文献402